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黄色の領域は建設的な干渉の明るい線を生成します。暗い領域は破壊的な干渉の暗い線を生成します。マイケルソン・モーリー実験などの干渉計実験では、干渉縞のシフトは、構成ソース間の位相関係が変化したときの「干渉縞」のパターンの挙動です。
干渉縞パターンはさまざまな方法で作成できますが、マイケルソン型干渉計に見られる安定した干渉縞パターンは、元の光源を 2 つの別々のビームに分離し、それらを表示面上で異なる入射角で再結合することによって生成されます。
観察面における波の相互作用は、建設的干渉と破壊的干渉を交互に繰り返し、暗い線と明るい線が交互に現れます。マイケルソン干渉計の例では、1 つの干渉縞が光源の 1 つの波長を表し、1 つの明るい線の中心から次の明るい線の中心まで測定されます。干渉縞の物理的な幅は、光の構成ビームの入射角の差によって決まりますが、干渉縞の物理的な幅に関係なく、干渉縞は単一の光の波長を表します。[1]
歴史的背景
1887 年のマイケルソン・モーリーの実験では、光は光伝導エーテルの静止系でのみ速度 C の機械波として移動するように制限されているという、現在では廃れてしまった考えのために、 2 つのビームが正確に等しい腕を伝わる往復距離は不等になることが予想されました。
そのフレームを通る地球の推定される動きは、静止した空気を通過する車が車内にいる人に見かけ上の風を作り出すのと同じように、干渉計の移動フレームに局所的なエーテル「風」を引き起こすと考えられていました。歴史家の誤謬を避けることは重要であり、これらの実験者は機械的波がエーテルの均質な等方性媒体内でさまざまな速度で移動するとは予想していなかったことに注意してください。波は古代から研究されており、数学的には少なくとも1700 年代のジャン ル ロン ダランベール以来研究されてきました。しかし、光の不変性に関する現代の理解は、波の追加の、新しい「非機械的」分類とそれに続く電磁波の新しい 4D 動作を認めており、マイケルソン モーリー実験が実際に測定するものの解釈を根本的に変更しています。非機械的性質の波が考え出されたのはアインシュタインとミンコフスキーの研究以来であり、電磁波はもはや機械的とは見なされていないため、実験の解釈は現代の情報源に合わせて変更されています。現在では、マイケルソン[1]や当時のエーテル理論家 が予想した光路長の差ではなく、異なる方向の光の速度を比較するものと信じられています。
ここで、装置を90°回転させ、2本目の鉛筆を地球の運動の方向に持ってくると、その経路の波長は長くなる。
距離と速度の期待
この実験に関する現代の理解とは反対に、彼らは光速を測定するのではなく、光の移動距離の「真の」追加距離の変化、つまり「見かけの」測定速度のみを測定するものと予想していました。実験当時に想定されていた光の挙動の機械的波動システムでは、地球の動きにより、風に向けられた波は、エーテル フレームでは光源の初期位置から直接逃げている先行ミラーに「追いつく」必要がありますが、光は実験の動きに垂直なアームに沿って風を「横切る」だけで、影響はそれほど大きくありません。
したがって、ボートを漕いでいる観測者の横を流れる水のフレーム内で移動するように制限された水波のように、エーテル内の光の機械的な波は、移動する実験に追いつくために「より多くのエーテルを横断」する必要があります。IE 波は、移動する実験と観測者に「追いつく」ために、エーテル フレーム内でより長い距離を移動します。移動する実験のフレームでは、これにより到着時間の差が生じ、位相の調整が変化するはずです。
移動している（と想定される）干渉計の枠組みでは、測定されたミラー間の空間の等しさと到着時間の差が組み合わさって、現在理解されている光速度の差も示しているように見えます。現代の相対論的説明では、エーテルの説明の「見かけの速度差」は実際の速度差にしかならないため、実験は常にゼロであると予想されます。したがって、マイケルソン-モーリーは、実験と同時期の光の機械的な「エーテル波」の理解に取って代わる現代の視点と特殊相対性理論の文脈では、双方向の光速度実験です。
結果
現代の文脈では、この実験は速度のみを測定するものと想定されていますが、当時の機械波理論では、干渉縞のシフトが「追加の経路長」に一致すると予想されていました。計算では、検出器への到着時間のオフセットと 0.4 波長の位相シフトが発生しました。これは、干渉計のアームがエーテル風に面して回転すると、垂直の干渉縞の線が観察者の横で左右に 0.4 干渉縞幅移動し、最大値から最小値までの合計 0.8 干渉縞になることを意味します。マイケルソンは、予想値の 1/6 から 1/4 の間の値しか得られなかったと報告しました。[1]
参考文献
- ^ abc マイケルソン、アルバート・アブラハム（1881）。地球と光子エーテルの相対運動。pp.336–345。